使用背照式光电二极管的图像传感器及其制造方法技术

提出了一种使用背照式光电二极管的图像传感器及其制造方法。根据本发明专利技术，由于可以对背照式光电二极管的表面进行稳定地处理，所以能够形成背照式光电二极管使其具有弱暗电流和高灵敏度，同时，使所有光电二极管对蓝光具有恒定的灵敏度。另外，通过采用将光电二极管和逻辑电路分别形成在不同衬底上的三维结构，可以制造出具有高密度的图像传感器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种图像传感器，更具体地，涉及一种使用通过底侧 吸收光的背照式光电二极管的图像传感器及其制造方法。
技术介绍
互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器是一种测量光强度 的装置。通常，此类图像传感器具有如下结构，即，在形成数字/模拟 电路的平板上形成有光电二极管，并且，在该光电二极管的顶侧形成 有金属线和金属间介电(inter-metal dielectric, IMD )层。在传统图像传感器中，光首先通过微透镜和彩色滤光器，然后沿 几层薄膜形成的通道行进，最后被光电二极管吸收。在此过程中，光 的灵敏度，特别是蓝光的灵敏度会被削弱。另外，在传统图像传感器中，光在通过绿、红和蓝色的彩色滤光 器后被多层金属线反射。这样会影响相邻的光电二极管，从而导致色 串扰。还有，由于红光的波长较长，所以会在光电二极管的底侧发生 电串扰。在使用背照式光电二极管的图像传感器中，光不通过层叠于光电 二极管顶侧的IMD层，而是直接被其上形成有光电二极管的硅衬底吸 收。因此，光灵敏度得到显著提高。为了利用背照式光电二极管的结构，需要去除由表面缺陷(例如， 存在于低浓度外延层表面上的悬键)引起的噪声。然而，问题是由于 金属线的存在，所以不能在高温下实现热处理。因此，使用背照式光电二极管的传统图像传感器不能解决由其上 形成有背照式光电二极管的硅衬底的表面缺陷所引起的噪声问题。为了解决上述问题，通常利用激光扫描进行瞬间高温热处理，但 其缺点是费用较高并且费时。
技术实现思路
技术问题本专利技术提出了 一种使用背照式光电二极管的图像传感器及其制造 方法，其中，通过光电二极管的底侧而不是顶侧吸收光，通过对晶片 的表面进行处理来抑制噪音和串扰的产生，从而提高了其灵敏度。技术方案根据本专利技术的一个方面，提出了一种使用背照式光电二极管的图像传感器，包括外延层，其通过掺杂低浓度的杂质而在特定类型的 晶片上形成；势垒，其形成于外延层的表面上；背照式光电二极管， 其形成于在第一晶片的背面所形成的外延层上；逻辑电路，其形成于 晶片的特定区域上使其通过金属线与背照式光电二极管电连接；衬垫， 其形成于势垒上，并与图像传感器的外部电路电连接；穿过外延层的 通道(via)以及填充通道的连接器(plug),从而衬垫与逻辑电路电连 接。根据本专利技术的另 一个方面，提出了 一种使用背照式光电二极管的 图像传感器，其包括外延层，其通过掺杂低浓度的杂质而在各具有 特定类型的第一晶片和第二晶片上形成；势垒，其形成于第一晶片的 外延层的表面上；背照式光电二极管，其形成于在第一晶片的背面所 形成的外延层上；第二晶片，其上形成有逻辑电路；金属结合区，与 形成于第一晶片上的背照式光电二极管相连的金属线，通过该金属结 合区，和与形成于第二晶片上的逻辑电路相连的金属线电连接；衬垫， 其形成于第一晶片的势垒上，并与图像传感器的外部电路电连接；穿 过外延层的通道以及填充通道的连接器，从而衬垫与第二晶片的逻辑 电路电连4妾。根据本专利技术的又一个方面，提出了 一种图像传感器的制造方法， 包括以下步骤(a)在特定类型的晶片上形成低浓度的外延层，并在 外延层的表面上形成势垒；(b)去除晶片的、除了外延层之外的背面； (c)在步骤(b)中被暴露的外延层的表面上形成背照式光电二极管 和逻辑电路；(d)在背照式光电二极管上形成金属间介电(IMD)层，5并在IMD层内部形成金属线以将背照式光电二极管与逻辑电路进行 电连接；(e)在势垒的表面形成钝化层、彩色滤光器和微透镜；(f) 形成与逻辑电路连接的通道，该通道从势垒的表面穿过外延层，以及 在通道中填入连接器；以及(g)在填充有连接器的通道的表面上形成根据本专利技术的又 一 个方面，提出了 一种图像传感器的制造方法， 包括以下步骤(a)在各具有特定类型的第一晶片和第二晶片上形成 低浓度的外延层，并在第一晶片的外延层的表面上形成势垒；(b)去 除第一晶片的、除了外延层之外的背面；(c)在步骤(b)中被暴露的 外延层的表面上形成背照式光电二极管；(d)在背照式光电二极管上 形成金属间介电(IMD)层，并在IMD层内部形成金属线；(e)形成 与金属线连接的通道，该通道从势垒的表面穿过外延层，以及在通道 中填入连接器；(f)在第二晶片上形成的外延层上形成IMD层，并在 IMD层内形成包括金属线的逻辑电路；(g)利用金属结合，将第一晶 片的金属线与第二晶片的逻辑电路的金属线进行连接；(h)在势垒的 表面形成钝化层、彩色滤光器和微透镜；以及(i)在第一晶片的填充 有连接器的通道的表面上形成衬垫。附图说明图1是根据本专利技术一个实施方式的使用背照式光电二极管的图像 传感器结构的剖面图2是根据本专利技术另 一个实施方式的使用背照式光电二极管的图 像传感器结构的剖面图3是根据本专利技术一个实施方式的使用背照式光电二极管的图像 传感器的制造方法的流程图4示出了用于解释图3中的主要过程的剖面图组；图5是根据本专利技术另一个实施方式的使用背照式光电二极管的图 像传感器的制造方法的流程图6示出了用于解释图5中的主要过程的剖面图组。具体实施例方式下面，结合附图对本专利技术中的实施方式进行详细描述。图1是根据本专利技术一个实施方式的使用背照式光电二极管的图像传感器结构的剖面图。该图像传感器由特定类型的晶片10、外延层20、 势垒30、背照式光电二极管40、金属间介电(IMD)层50、金属线 60、衬垫70、通道及连接器75、钝化层80、彩色滤光器82和微透镜 84构成。通过掺杂与外延层20具有相同类型但具有更高浓度的杂质，在低 浓度的外延层20表面上形成势垒30。可以利用离子注入、外延生长或硼硅酸盐玻璃(BSG)沉积来形 成势垒30。背照式光电二极管40在形成于晶片10背面的外延层20上形成， 即，势垒30的背面。IMD层50形成于背照式光电二极管40的下方，也就是，在形成 有势垒30的部分的相反方向上。金属线60形成于IMD层50中，使得背照式光电二极管40与形 成于晶片IO的特定区域的逻辑电路(未示出)电连接。衬垫70与外部电^各电连接并形成于势垒30上方。通道75被形成 为穿过外延层20与逻辑电路(未示出)的金属线60相连，使得衬垫 70与逻辑电路(未示出)相连。连接器被填入通道75内。作为保护层，钝化层80形成于势垒30上。多个彩色滤光器82 形成于钝化层80上。微透镜84形成于彩色滤光器82上。图2是根据本专利技术另 一 实施方式的使用背照式光电二极管的图像 传感器结构的剖面图。背照式光电二极管40和逻辑电路(未示出)分 别形成于第一晶片ll和第二晶片12上。然后，通过使用金属结合区 90，使晶片ll和晶片12彼此结合。参考图2,第一晶片11由外延层20、势垒30、背照式光电二极 管40、 IMD层50、金属线60、衬垫70、通道及连接器75、钝化层 80、彩色滤光器82、微透镜84和结合区90构成。另外，第二晶片12 由外延层20、 IMD层50、金属线61、位于逻辑电路区域上的晶体管792和金属结合区90构成。金属线60和金属线61分别形成于第一晶片ll和第二晶片12上， 并通过金属结合而互相电连接。在图2中，通过使用金属结合区90，金属线60与金属线61电连 接，其中，金属线60与第一晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用背照式光电二极管的图像传感器，其包括：　外延层，其通过掺杂低浓度的杂质而在各具有特定类型的第一晶片和第二晶片上形成；　势垒，其形成于所述第一晶片的所述外延层的表面上；　背照式光电二极管，其形成于在所述第一晶片的背面所形成的所述外延层上；　所述第二晶片，其上形成有逻辑电路；　金属结合区，与形成于所述第一晶片上的所述背照式光电二极管相连的金属线，通过所述金属结合区，和与形成于所述第二晶片上的所述逻辑电路相连的金属线电连接；　衬垫，其形成于所述第一晶片的所述势垒上，并与所述图像传感器的外部电路电连接；　穿过所述外延层的通道以及填充所述通道的连接器，从而所述衬垫与所述第二晶片的所述逻辑电路电连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 2006-6-19 10-2006-00547671. 一种使用背照式光电二极管的图像传感器，其包括外延层，其通过掺杂低浓度的杂质而在各具有特定类型的第一晶片和第二晶片上形成；势垒，其形成于所述第一晶片的所述外延层的表面上；背照式光电二极管，其形成于在所述第一晶片的背面所形成的所述外延层上；所述第二晶片，其上形成有逻辑电路；金属结合区，与形成于所述第一晶片上的所述背照式光电二极管相连的金属线，通过所述金属结合区，和与形成于所述第二晶片上的所述逻辑电路相连的金属线电连接；衬垫，其形成于所述第一晶片的所述势垒上，并与所述图像传感器的外部电路电连接；穿过所述外延层的通道以及填充所述通道的连接器，从而所述衬垫与所述第二晶片的所述逻辑电路电连接。2. 如权利要求1所述的图像传感器，进一步包括 钝化层，其形成于所述势垒上；彩色滤光器，其形成于所述钝化层上； 微透镜，其形成于所述彩色滤光器上。3. 如权利要求1所述的图像传感器，其中，所述势垒掺杂有与所述 外延层具有相同类型4旦比所述外延层具有更高浓度的杂质。4. 一种图像传感器的制造方法，包括以下步骤(a) 在各具有特定类型的第 一 晶片和第二晶片上形成低浓度的外 延层，并在所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李炳洙，元俊镐，
申请(专利权)人：株赛丽康，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]